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Phasendiagramme

OberschuleChemieP-T-Phasendiagramm eines Reinstoffs mit IAPWS-Wassersättigung und ausgewiesenen Näherungen für Sublimations- und CO₂-Grenzen

Druck-Temperatur-Diagramm

Flüssigkeit

Ziehen Sie die orangefarbene Sonde. Mit den Pfeiltasten auf der Karte lassen sich die Temperatur und der logarithmische Druck ändern. Die Grenzen sind Koexistenzkurven des Modells und geben nicht die Anteile der einzelnen Phasen an.

19031844557370010^210^310^410^510^610^7Temperatur (K)Druck (Pa), logarithmisch
FeststoffFlüssigkeitGasÜberkritisches Fluid

Messprotokoll

Ändere die Einstellungen, teste eine Vorhersage und speichere das Ergebnis. Es werden bis zu 12 Momentaufnahmen gespeichert.

Über dieses Experiment

Bewegen Sie eine Druck-Temperatur-Sonde durch die Bereiche fest, flüssig, gasförmig und überkritisch. Rasten Sie an den Tripel- und kritischen Punkten ein und vergleichen Sie die negative Schmelzkurvensteigung von gewöhnlichem Eis mit der positiven Modellsteigung von Kohlendioxid.

Lernziele

  • Lesen Sie eine logarithmische Druckachse ab und identifizieren Sie Koexistenzkurven.
  • Unterscheiden Sie Tripelpunkte von kritischen Punkten.
  • Erklären Sie, warum flüssiges Kohlendioxid bei einem Atmosphärendruck nicht verfügbar ist.

Anleitung

  1. 1Erhitzen Sie Wasser bei einem Atmosphärendruck über seine Dampfgrenze hinweg.
  2. 2Rasten Sie am Tripelpunkt des Wassers ein und bestimmen Sie die drei angrenzenden Bereiche.
  3. 3Wechseln Sie zu Kohlendioxid und vergleichen Sie die Sublimation bei einem Atmosphärendruck mit der Bildung von Flüssigkeit oberhalb des Tripeldrucks.
  4. 4Untersuchen Sie den kritischen Punkt und bewegen Sie sich in den überkritischen Bereich.

Das Modell

Eine Clausius-Clapeyron-Form mit konstanter latenter Wärme dient zur Näherung der ausgewählten Grenzen.
Die Schmelzkurve ist eine festgelegte lokale lineare Näherung.
In dieser Lehrkarte definieren beide Bedingungen den überkritischen Bereich.

Annahmen

  • Die Flüssig-Dampf-Sättigung von Wasser wird zwischen seiner Tripel- und kritischen Temperatur mithilfe der IAPWS-Korrelation mit sechs Koeffizienten beschrieben.
  • Die CO₂-Flüssig-Dampf-Sättigung wird mit einer effektiven konstanten Verdampfungsenthalpie beschrieben, die an den Tripel- und kritischen Punkt angepasst ist. Auch die Näherung für die Sublimation verläuft durch den normalen Sublimationspunkt bei 194,65 K.
  • Die Sublimation von Wasser und beide Schmelzkurven sind vereinfacht. Hochdruck-Eispolymorphe, Metastabilität, Nukleationshysterese und Phasenanteile werden nicht berücksichtigt.
  • Eine Koexistenzgrenze kennzeichnet zulässige Gleichgewichtsphasen; Temperatur und Druck allein bestimmen nicht deren Mengenverhältnis.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum endet eine Flüssig-Dampf-Koexistenzlinie an einem kritischen Punkt?
  2. Q2Warum hat die gewöhnliche Schmelzgrenze von Eis eine negative Steigung?

Häufig gestellte Fragen

Sind alle Grenzen und Phasenübergänge hier präzise Stoffdaten?

Nein. Die Korrelation für die Wassersättigung ist eine Referenzbeziehung, während die anderen Grenzen ausdrücklich verankerte didaktische Näherungen sind.

Berechnet das Überschreiten einer Linie, wie schnell der Stoff seine Phase ändert?

Nein. Das Diagramm klassifiziert Gleichgewichtsbereiche. Die Übertragung latenter Wärme und die Übergangskinetik werden nicht simuliert.